JP5224281B2 - 冷陰極蛍光管用電極およびこれを用いた冷陰極蛍光管 - Google Patents

Description

本発明は、冷陰極蛍光管用電極およびこれを用いた冷陰極蛍光管に関する。

テレビ受像機やパソコンなどの表示装置に用いられている液晶表示装置（ＬＣＤ）には、冷陰極蛍光管を光源とするバックライトが組み込まれている。

かかる冷陰極蛍光管は、ガラス管部と、該ガラス管部の両端部に設けられた電極部とを備えてなる（例えば、特許文献１参照）。ガラス管部は、内面に蛍光塗料が塗布され、内部に放電ガスであるアルゴン（Ａｒ）やネオン（Ｎｅ）等の希ガスおよび蛍光体励起用の水銀（Ｈｇ）が導入された状態で封止されている。電極部は、カップ型電極、封止棒及びリード線から構成される。カップ型電極の材質としては、従来はニッケル（Ｎｉ）が用いられ、近年はニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等が一般的に使用されている。

そして、電極部に電圧が印加されると、一方の電極から電子が放出され、水銀原子に衝突し、紫外線が発生する。紫外線はガラス管の表面に形成された蛍光体で可視光線に変換され、ガラス管の内部から可視光線が放出される。

ここで、水銀を使用する冷陰極蛍光管に対して、環境負荷を低減する目的から水銀の削減が求められている。これに応じて、バックライトにおける冷陰極蛍光管の本数を減らし、その分の輝度の低下を放電電流を高めることによりカバーすることが一般的に為されている。
特開２００５−２８５５８７号公報

しかしながら、放電電流を高める場合には、これに合わせて封入される希ガスおよび水銀の密度も増加させる必要があるため、以下の問題が生じる。

まず、封入された希ガスが電極に衝撃を与えることにより、電極材料の一部がたたき出され飛散するスパッタリングが増加する。そして、飛散した電極材料が水銀を取り込みアマルガムとなり、紫外線の発生に寄与する水銀の有効量を減少させ、結果として、輝度を低下させる。さらに、飛散した電極材料やこれを取り込んだアマルガムが蛍光体の表面に付着し、輝度をさらに低下させる。

以上の事情に鑑みて、本発明は、電極における耐スパッタ性を高め、輝度の低下を抑止することができる冷陰極蛍光管用電極およびこれを用いた冷陰極蛍光管を提供することを目的とする。

本発明の冷陰極蛍光管用電極は、内部空間に少なくとも希ガスと水銀ガスとが封入されると共に内面に蛍光体層が形成されたガラス管の両端部に、開口部を互いに対向させて配置される一対のカップ型の電極であって、モリブデン（Ｍｏ）よりもスパッタリング率の小さいイリジウム（Ｉｒ）又は該イリジウム（Ｉｒ）を含む合金から成り、
前記合金が、ニッケル（Ｎｉ）とイリジウム（Ｉｒ）との合金であって、該イリジウム（Ｉｒ）の組成が０．５重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする。

本発明者らは、冷陰極蛍光管において、その電極材料として一般的に用いられるモリブデン（Ｍｏ）やニッケル（Ｎｉ）よりもスパッタリング率の小さい金属またはその合金を用いることで、電極材料がスパッタリングにより飛散することを抑止することを知見した。

かかる知見に基づいて、本発明の冷陰極蛍光管用電極は、電極材料として、モリブデンやニッケルと電気的性質が近く、これらよりスパッタリング率の小さい電極材料として、イリジウム（Ｉｒ）また、その合金を用いることで電極における耐スパッタ性を高め、輝度の低下を抑止することができる。

特に、電極材料として、イリジウムの合金を用いる場合には、イリジウム（Ｉｒ）の組成が０．５重量％以上３０重量％以下であることが好ましい。イリジウムは、高い耐スパッタ性を有することから、例えば、モリブデンやニッケルに０．５重量％含まれる場合であっても、これらのいずれの単体よりも耐スパッタ性を高めることができる。そして、含有率を増加させる程、耐スパッタ性を高めることができるが、３０重量％を超えてもその効果は然程変わらない。そこで、合金におけるイリジウムの含有率を０．５重量％以上３０重量％以下とすることにより、耐スパッタ性を効果的に高め、輝度の低下を抑止することができる。

また、上記構成の冷陰極蛍光管用電極を冷陰極として用いることで、輝度の低下を抑止することができ、長寿命の冷陰極蛍光管を提供することができる。

まず、図１を参照して、本実施形態の冷陰極蛍光管１の全体的構成について説明する。冷陰極蛍光管１は、例えば、テレビ受像機やパソコンなどの表示装置に用いられている液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライトに用いられる光源であって、ガラス管２と、ガラス管２の両端の電極部３とを備える。

ガラス管２は、硼・珪酸ガラスによって、例えば、外径が約３．０ｍｍ、内径が２．４ｍｍ、長さが約３００ｍｍの直管形のガラス管であって、両端部がガラスビード４で気密に封止される。

ガラス管２の内面には、ほぼ全周に亘って蛍光体層２ａが形成されている。蛍光体層２ａを形成する蛍光体は、ハロリン酸塩蛍光体や希土類蛍光体などの既存または新規の蛍光体から、冷陰極蛍光管１の目的や用途に応じて適宜選択することができる。さらに、蛍光体層２ａは、２種類以上の蛍光体が混合されてなる蛍光体によって構成することもできる。

ガラス管２の内部空間には、放電ガスであるアルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）等の希ガスおよび蛍光体励起用の水銀（Ｈｇ）が所定量封入され、内部圧力が大気圧以下の所定の圧力に減圧されている。本実施形態では、アルゴン（Ａｒ）およびネオン（Ｎｅ）の混合ガスが封入されている。

ガラス管２の両端に設けられた電極部３は、カップ型電極５（本発明の冷陰極蛍光管用電極に相当する）と封入棒６とリード線７とを備え、封入棒６がガラスビード４を貫通している。

カップ型電極５は、長手方向の一方が開口部５ａとして開口し、他方が底部５ｂによって閉塞された有底筒状の形状であって、電極材料からなる金属板を円筒状（カップ状）にプレスして成形される。例えば、カップ型電極５は、外径２．１ｍｍ、内径１．８ｍｍ、長さ５ｍｍで、駆動時の電流は６ｍＡである。また、封入棒６は、モリブデン（Ｍｏ）やニッケル（Ｎｉ）またはこれらの合金からなり、カップ型電極５とレーザ溶接により接合されている。さらに、リード線７は、コバール等の導電性材料で作られている。

以上の構成において、カップ型電極５は、モリブデンよりもスパッタリング率の小さいイリジウム（Ｉｒ）又は該イリジウム（Ｉｒ）を含む合金から構成される。カップ型電極５の材料として、イリジウムを用いることにより、耐スパッタ性を高め、輝度の低下を抑止して冷陰極蛍光管１の長寿命化を図ることができる理由について以下説明する。

まず、図２を参照して、イリジウム（Ｉｒ）のスパッタリング率と、モリブデン（Ｍｏ）およびニッケル（Ｎｉ）のスパッタリング率とのシミュレーション結果を比較して示す。図２（ａ）は、ガラス管２内に封入されるネオン（Ｎｅ）イオンの運動エネルギーに対するこれらの金属のスパッタリングを示し、図２（ｂ）は、ガラス管２内に封入されるアルゴン（Ａｒ）の運動エネルギーに対するこれらの金属のスパッタリング率を示す。なお、スパッタリング率は、１個のイオンの衝突に対して、何個の電極材料が弾き出されるか（ａｔｏｍｓ／ｉｏｎ）を表す。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、各希ガスの運動エネルギーが増加するほどスパッタリング率は大きくなるが、いずれのエネルギー状態においても、ニッケル（Ｎｉ）よりもモリブデン（Ｍｏ）のスパッタリング率が低く、さらに、モリブデン（Ｍｏ）よりもイリジウム（Ｉｒ）のスパッタリング率が低い。そのため、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）およびイリジウム（Ｉｒ）の単体うち、イリジウム（Ｉｒ）が最も耐スパッタ性が高く、カップ型電極５として好適である。

次に、図３（ａ）を参照して、イリジウム（Ｉｒ）とモリブデン（Ｍｏ）とをそれぞれ冷陰極蛍光管１の電極として用いた場合の冷陰極蛍光管１の輝度の経時変化を示す。横軸は点灯経過時間（ｈ）であって、縦軸は、ガラス管２の中央部における輝度維持率（輝度の初期値Ｂ_０に対する輝度Ｂ，％）である。尚、図３の測定では、冷陰極蛍光管１の電極として、直径１．５ｍｍ、長さ１５ｍｍの棒状電極を用いた。

図３（ａ）に示すように、イリジウム（Ｉｒ）とモリブデン（Ｍｏ）の輝度維持率は、時間経過により１００％から低下するが、いずれの経過時間においても、モリブデン（Ｍｏ）よりもイリジウム（Ｉｒ）のほうが、より高い輝度維持率を示している。

ここで、経過時間ｔに対する輝度維持率Ｂ／Ｂ_０は、時定数τを用いて、次の一般式で表される。

Ｂ／Ｂ_０＝ｅｘｐ［−（ｔ／τ）^１／２］ ・・・・・・・（１）

そして、上式（１）の対数をとって、整理することにより、次式が得られる。

ｌｏｇ（Ｂ／Ｂ_０）＝（−τ^−１／２）・（ｔ^１／２） ・・・・（２）

ここで、上式（２）において、ｙ＝ｌｏｇ（Ｂ／Ｂ_０），ａ＝（−τ^−１／２），ｘ＝（ｔ^１／２）とすると、式（２）は、以下のように変形される。

ｙ＝ａ・ｘ ・・・・・・・・・（３）

ここから上式（３）に合わせるように、図３（ａ）に対応するデータの対数をとって、再プロットすることにより図３（ｂ）が得られる。図３（ｂ）において、横軸は、経過時間の平方根ｔ^１／２（ｈ^１／２）であって、縦軸は輝度維持率Ｂ／Ｂ_０の対数ｌｏｇ（Ｂ／Ｂ_０）である。図３（ｂ）において、最小二乗法に基づく一次近似式の傾きとして定数ａを求めることができる。

ここで、冷陰極蛍光管１の寿命時間（ｈ）を輝度Ｂがその初期値Ｂ_０から半減した経過時間ｔ_１／２輝度Ｂがその初期値Ｂ_０から半減した経過時間とすると、経過時間ｔ_１／２は、次式で表される。

ｔ_１／２＝［ｌｏｇ（０．５）／ａ］^２ ・・・・・・（４）

上式（４）から算出された、イリジウム（Ｉｒ）とモリブデン（Ｍｏ）の寿命時間を下表に示す。

同様にして、駆動電流を９ｍＡとした場合のイリジウム（Ｉｒ）とモリブデン（Ｍｏ）の寿命時間の算出結果を下表に示す。

この場合、駆動電流を６ｍＡのモリブデンの寿命時間（ｈ）を１とすると、駆動電流９ｍＡのモリブデン（Ｍｏ）の規格化寿命は０．８と低下するのに対して、イリジウム（Ｉｒ）の規格化寿命は、１．７と然程低下することがない。このことから、冷陰極蛍光管１の電極として、イリジウム（Ｉｒ）を用いた場合には、駆動電流を大きくした場合にも、長寿命を維持することができる。

次に、図４を参照して、イリジウム（Ｉｒ）を含む合金とモリブデン（Ｍｏ）とをそれぞれカップ型電極５として用いた場合の冷陰極蛍光管１の輝度の経時変化を示す。なお、測定条件は、カップ型電極５が、外径２．１ｍｍ、内径１．８ｍｍ、長さ５ｍｍで、駆動時の電流は６ｍＡである。

図４（ａ）に示すように、ニッケル（Ｎｉ）中のイリジウム（Ｉｒ）の含有率が０．５重量％、３重量％、３０重量％の合金の輝度維持率とモリブデン（Ｍｏ）の輝度維持率は、各々時間経過により１００％から低下するが、イリジウム（Ｉｒ）を０．５重量％以上含有させることにより、いずれの経過時間においても、モリブデン（Ｍｏ）より高い輝度維持率を得ることができる。

さらに、上式（１）〜（３）に従って、図４（ａ）に対応するデータの対数をとって、再プロットすることにより図４（ｂ）が得られる。さらに、図４（ｂ）および上式（４）から算出された、ニッケル（Ｎｉ）中のイリジウム（Ｉｒ）の含有率が０．５重量％、３重量％、３０重量％の合金の寿命時間と、モリブデン（Ｍｏ）の寿命時間を下表に示す。

表３において、モリブデン（Ｍｏ）の寿命時間（ｈ）を１として規格化すると、ニッケル（Ｎｉ）中のイリジウム（Ｉｒ）の含有率が０．５重量％、３重量％、３０重量％の合金の寿命はその１．４〜１．５に相当する。カップ型電極５としてイリジウム（Ｉｒ）をニッケル（Ｎｉ）等に含有させることにより、耐スパッタ性を高め、輝度の低下を抑止して、冷陰極蛍光管１の長寿命化を図ることができる。一方で、イリジウム（Ｉｒ）を含む合金の寿命時間は、その含有率を増加させても然程延びるものではない。特に、イリジウム（Ｉｒ）の含有率が３０重量％を超えても飛躍的に寿命時間が延びることは期待されない。そのため、イリジウム（Ｉｒ）を含有させる場合には、その含有率を０．５〜３０重量％以内にすることが好適である。

以上説明したように、冷陰極蛍光管１の電極として、ニッケル（Ｎｉ）やモリブデン（Ｍｏ）よりもスパッタリング率の小さいイリジウム（Ｉｒ）又はイリジウム（Ｉｒ）を含む合金用いることで、輝度の低下を抑止することができ、冷陰極蛍光管１の長寿命化を図ることができる。

尚、本実施形態では、特に、冷陰極蛍光管１の電極として、ニッケル（Ｎｉ）とイリジウム（Ｉｒ）との合金について説明したが、合金の組成についてはこれに限定されるものではなく、イリジウム（Ｉｒ）とロジウム（Ｒｈ）の合金（ＩｒＲｈ）やイリジウム（Ｉｒ）と白金（Ｐｔ）の合金（ＩｒＰｔ）であってもよい。

本実施形態の冷陰極蛍光管の構成を示す図。 イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）およびニッケル（Ｎｉ）のスパッタリング率を示すグラフ。 冷陰極蛍光管の電極としてイリジウムを用いた場合の輝度維持率の経時変化を示すグラフ。 冷陰極蛍光管の電極としてイリジウム合金を用いた場合の輝度維持率の経時変化を示すグラフ。１…冷陰極蛍光管、２…ガラス管、２ａ…蛍光体層、３…電極部、４…ガラスビード、５…カップ型電極（冷陰極蛍光管用電極）、５ａ…開口部、５ｂ…底部、６…封入棒、７…リード線。

Claims (2)

1. 内部空間に少なくとも希ガスと水銀ガスとが封入されると共に内面に蛍光体層が形成されたガラス管の両端部に、開口部を互いに対向させて配置される一対のカップ型の電極であって、モリブデン（Ｍｏ）よりもスパッタリング率の小さいイリジウム（Ｉｒ）又は該イリジウム（Ｉｒ）を含む合金から成り、
   前記合金が、ニッケル（Ｎｉ）とイリジウム（Ｉｒ）との合金であって、該イリジウム（Ｉｒ）の組成が０．５重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする冷陰極蛍光管用電極。
2. 請求項１記載の冷陰極蛍光管用電極を冷陰極として用いたことを特徴とする冷陰極蛍光管。

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